CN210106078U - 中低温地热余压梯级利用orc磁悬浮发电系统 - Google Patents

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谢和平
马举昌
周韬
廖家禧
李存宝
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Abstract

本实用新型涉及中低温地热余压梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其包括用于蒸发工质的蒸发器；及用于冷凝工质的冷凝器，用于为所述冷凝器降温的降温设备；及发电机，包括一级涡轮以及二级涡轮；所述降温设备与所述二级涡轮连接；所述蒸发器的工质蒸汽出口与所述发电机的入口连接；所述发电机的出口与所述冷凝器连接，所述冷凝器出口与所述蒸发器的液态工质入口连接。本实用新型中气态工质在两级涡轮中分别进行一次膨胀做功，其中，一级涡轮通过联轴器驱动发电机发电；二级涡轮通过联轴器驱动叶轮旋转，加速冷凝器表面的空气流动，强化冷凝器换热能力，降低冷凝温度和冷凝压力，从而增大磁悬浮发电机进出口两端的压差和温差，提高磁悬浮发电机的发电效率。

Description

中低温地热余压梯级利用ORC磁悬浮发电系统
技术领域
本实用新型涉及地热能发电技术领域，尤其涉及中低温地热余压梯级利用ORC磁悬浮发电系统。
背景技术
随着化石能源的枯竭，可再生能源方兴未艾，地热能作为一种安全清洁、储量巨大的资源成为了科学研究的热点。总体来看，我国地热资源地理分布不均。我国的高温地热带主要分布在西藏、云南等高原地区；中低温（温度在150摄氏度以下）地热田广泛分布在东南沿海、平原地区、丘陵地区以及内陆沉积盆地。虽然高温地热开发技术成熟，但是受其分布的制约，并不适合大规模开发；而中低温地热分布广，并且在大部分城市地区均有分布，具有大规模开发并补充清洁能源的潜力。目前，高温地热发电技术已经相对成熟，并且进行了商业化开发。然而，中低温地热资源发电效率低下（不足10%）制约着其发电利用的推广。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
实用新型内容
鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供中低温地热余压梯级利用ORC磁悬浮发电系统，旨在解决现有利用中低温地热发电效率低下的问题。
本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
中低温地热余压梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其中，包括：
ORC发电机组，包括用于蒸发工质的蒸发器；及
用于冷凝工质的冷凝器，用于为所述冷凝器降温的降温设备；及
发电机，包括一级涡轮以及二级涡轮；所述降温设备与所述二级涡轮连接；
所述蒸发器的工质蒸汽出口与所述发电机的入口连接；所述发电机的出口与所述冷凝器入口连接，所述冷凝器出口经过工质泵与所述蒸发器的液态工质入口连接。
所述的中低温地热余压梯级利用的ORC磁悬浮发电系统，其中，所述发电机为磁悬浮透平发电机。
所述的中低温地热余压梯级利用的ORC磁悬浮发电系统，其中，所述ORC发电机组还包括设置在所述冷凝器与所述蒸发器之间的工质泵。
所述的中低温地热余压梯级利用的ORC磁悬浮发电系统，其中，所述降温设备为叶轮。
所述的中低温地热余压梯级利用的ORC磁悬浮发电系统，其中，所述冷凝器包括第一冷凝器和第二冷凝器。
所述的中低温地热余压梯级利用的ORC磁悬浮发电系统，其中，还包括为所述第二冷凝器提供冷量的制冷装置。
所述的中低温地热余压梯级利用的ORC磁悬浮发电系统，其中，所述制冷装置包括：
与所述蒸发器连接的发生器，与所述发生器连接的第三冷凝器，第二冷凝器和吸收器。
所述的中低温地热余压梯级利用的ORC磁悬浮发电系统，其中，所述第三冷凝器与所述第二冷凝器之间设置有节流阀。
所述的中低温地热余压梯级利用的ORC磁悬浮发电系统，其中，所述第二冷凝器为喷淋式蒸发冷凝器。
所述的中低温地热余压梯级利用的ORC磁悬浮发电系统，其中，所述工质可为R245fa、R227ea或R600等有机工质。
有益效果：本实用新型中的磁悬浮发电机的汽轮机部分具有两级涡轮，气态工质在两级涡轮中分别进行一次膨胀做功，其中，一级涡轮通过联轴器驱动发电机发电；二级涡轮通过联轴器驱动叶轮旋转，加速冷凝器表面的空气流动，强化冷凝器换热能力，降低冷凝温度和冷凝压力，从而增大磁悬浮发电机进出口两端的压差和温差，提高磁悬浮发电机的发电效率，进而增加发电量以及提高中低温地热能的利用效率。
附图说明
图1是本实用新型实施实例提供的中低温地热余压梯级利用的ORC磁悬浮发电的原理结构框图。
图2是本实用新型中实施实例提供的中低温地热余压梯级利用的ORC磁悬浮发电的系统框图。
图3是本实用新型中提供的实施实例提供的另一种中低温地热余压梯级利用的ORC磁悬浮发电的系统框图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1-2所示，本实用新型公开的中低温地热余压梯级利用的ORC磁悬浮发电系统，其包ORC发电机组，包括用于蒸发工质的蒸发器10；及用于冷凝工质的冷凝器20，用于为所述冷凝器20降温的降温设备30；及发电机40，所述发电机40包括一级涡轮401以及与所述一级涡轮401连接的二级涡轮402；所述降温设备30与所述二级涡轮402连接；所述蒸发器10的工质蒸汽出口与所述发电机40的入口连接；所述发电机40的出口连接所述冷凝器20，所述冷凝器20经过工质泵50与所述蒸发器10的液态工质入口连接。所述发电机为磁悬浮透平发电机。
具体来说，本实用新型所提供的中低温地热余压梯级利用的ORC磁悬浮发电系统，其中，所述蒸发器10中设置有两条管路，其中一个用于通热水（如中低温地热水），即形成热源，另一个管路用于工质通过。第二管路中的工质经过吸收第一管路中的热量，形成工质蒸汽，工质蒸汽送入磁悬浮透平发电机40中，所述磁悬浮透平发电机40具有两级涡轮，其中气态工质在一级涡轮401中做功，通过联轴器驱动发电机发电，发电后的气态工质进入二级涡轮402中膨胀做功通过联轴器驱动降温设备运动，迫使周围空气加速流动，强化冷凝器的换热。
请参阅图3，在一种或多种实施方式中，所述降温设备30为叶轮，所述ORC发电机组还包括设置在所述凝器与所述蒸发器之间的工质泵50。
在一些实施方式中，所述冷凝器20包括第一冷凝器201和第二冷凝器202。在此实施例中，所述第一冷凝器201是磁悬浮透平发电机乏汽的预冷装置，在所述降温设备30的作用下，所述第一冷凝器内的乏汽将热量散发到外侧强制对流的空气中降温降压，但不发生相变；所述第二冷凝器202是喷淋式蒸发冷凝器，所述第二冷凝器中设置有冷凝管203，经过第一冷凝器冷却后的低温气态工质流经所述冷凝管而冷凝，通过溶液泵204将从第三冷凝器70中流入的液体喷淋到所述冷凝管上，对经过第一冷凝器冷却后的工质再次进行降温冷却。冷却过程中所生成的蒸汽被送入到吸收器80中。
在一些实施方式中，所述发电系统还包括为所述第二冷凝器202提供冷量的制冷装置。
具体来说，所述制冷装置包括与所述蒸发器10连接的发生器60，与所述发生器60连接的第三冷凝器70，节流阀701，第二冷凝器202，以及与所述发生器60连接的吸收器80。
所述发电系统中包括两个封闭循环：有机朗肯循环、吸收式制冷循环。其中有机朗肯循环的第二冷凝器中设置有冷凝盘管203，作为吸收式制冷循环的蒸发器，由此将有机朗肯循环、吸收式制冷循环联系起来。
循环1（有机朗肯循环）：有机工质在蒸发器10中吸收90℃中低温地热水中的热量，蒸发成为高温高压气态有机工质，高温高压气态有机工质蒸汽进入磁悬浮透平汽轮发电机40中膨胀做功，其中气态有机工质在所述一级涡轮401中做功，通过联轴器驱动发电机发电，发电后的气态工质进入二级涡轮402中膨胀做功通过联轴器驱动降温设备，迫使周围空气加速流动，强化第一冷凝器的换热。经第一冷凝器预冷后的工质通入第二冷凝器202，进行再次冷却并冷凝成液态工质，再经过工质泵50回流至蒸发器10完成有机工质发电循环过程。
循环2（吸收式制冷循环）：以溴化锂吸收式制冷为例，溴化锂溶液在发生器60中吸收蒸发器10排出的70℃地热水中的热量，溴化锂溶液中的水分蒸发后使其成为高浓度的溴化锂溶液，经过溶液泵90进入喷淋式吸收器80；从发生器60中蒸发后的水蒸气进入冷凝器70中被25℃~30℃的常温水（例如江河水）冷却成液态水，然后经过节流阀701降压进入第二冷凝器，并经过溶液泵204喷淋蒸发吸收有机朗肯循环经第一冷凝器预冷后工质中的热量成为水蒸气，随后水蒸气进入喷淋式吸收器80中被溴化锂浓溶液吸收，二者混合成为溴化锂稀溶液，溴化锂稀溶液经过溶液泵901回流到发生器60完成吸收式制冷循环。
需要说明的是，循环1可以是一切形式具有冷凝器的热力发电过程，如有机朗肯循环、闪蒸地热发电。热源可以是地热水或工业余热、废热等，工质可以是有机工质或无机工质等，膨胀机可以是汽轮机、螺杆机或者磁悬浮等形式（磁悬浮膨胀机因无摩擦、转速高，相比其他形式膨胀机具有更高的发电效率），冷凝器可以是间接冷凝或直接冷凝等形式。
循环2可以是一切形式的余热制冷循环，包括吸附式制冷、吸收式制冷等。
二级涡轮回收余压后得到的机械能可以分配到多个部件，不一定完全用于驱动叶轮或水泵。在二级涡轮动力不足的情况下，也有可能消耗部分一级涡轮的机械能或电能辅助叶轮或水泵来强化工质冷凝。
综上所述，本实用新型提供了一种中低温地热余压梯级利用的ORC磁悬浮发电系统，所述中低温地热ORC磁悬浮发电系统，其包括：ORC发电机组，包括用于蒸发工质的蒸发器；及用于为工质冷凝的冷凝器，用于为所述冷凝器降温的降温设备；及发电机，包括一级涡轮以及与所述一级涡轮连接的二级涡轮；所述降温设备与所述二级涡轮连接；所述蒸发器的工质蒸汽出口与所述发电机的入口连接；所述发电机的出口连接所述冷凝器，经过工质泵与所述蒸发器的液态工质入口连接。本实用新型中的磁悬浮发电机的汽轮机部分具有两级涡轮，气态工质在两级涡轮中分别进行一次膨胀做功，其中，一级涡轮通过联轴器驱动发电机发电；二级涡轮通过联轴器驱动叶轮旋转，加速冷凝器表面的空气流动，强化冷凝器换热能力，系统中在搭配一个喷淋式蒸发冷凝器，即将空气冷凝器与喷淋式蒸发冷凝器串联起来使用，再次强化冷凝效果。进一步降低冷凝温度和冷凝压力，从而增大磁悬浮发电机进出口两端的压差和温差，提高磁悬浮发电机的发电效率，进而增加发电量以及提高中低温地热能的利用效率。
应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.中低温地热余压梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，包括：
ORC发电机组，包括用于蒸发工质的蒸发器；及
用于冷凝工质的冷凝器，用于为所述冷凝器降温的降温设备；及
发电机，包括一级涡轮以及二级涡轮；所述降温设备与所述二级涡轮连接；
所述蒸发器的工质蒸汽出口与所述发电机的入口连接；所述发电机的出口与所述冷凝器入口连接，所述冷凝器出口与所述蒸发器的液态工质入口连接。
2.根据权利要求1所述的中低温地热余压梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，所述发电机为磁悬浮透平发电机。
3.根据权利要求1所述的中低温地热余压梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，所述ORC发电机组还包括设置在所述凝器与所述蒸发器之间的工质泵。
4.根据权利要求1所述的中低温地热余压梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，所述降温设备为叶轮。
5.根据权利要求1-4任一所述的中低温地热余压梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，所述冷凝器包括第一冷凝器和第二冷凝器。
6.根据权利要求5所述的中低温地热余压梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，还包括为所述第二冷凝器提供冷量的制冷装置。
7.根据权利要求6所述的中低温地热余压梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，所述制冷装置包括：
与所述蒸发器连接的发生器，与所述发生器连接的第三冷凝器，第二冷凝器和吸收器。
8.根据权利要求7所述的中低温地热余压梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，所述第三冷凝器与所述第二冷凝器之间设置有节流阀。
9.根据权利要求5所述的中低温地热余压梯级利用ORC磁悬浮发电系统，其特征在于，所述第二冷凝器为喷淋式蒸发冷凝器。
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